用于厚的鑄鐵部件的孕育合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于處理鑄鐵的孕育合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑄鐵是一種眾所周知的鐵碳合金，其廣泛地用于制造機(jī)械部件。鑄鐵通過在模具 中鑄造之前，在1320_1450°C之間的溫度下，以液體狀態(tài)混合合金成分并通過冷卻獲得的合 金來獲得。
[0003] 當(dāng)冷卻時(shí)，碳可以根據(jù)幾個(gè)參數(shù)采取幾種物理化學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0004] 當(dāng)碳與金屬一起且形成碳化鐵Fe3C (也稱為滲碳體）時(shí)，獲得的鑄鐵稱為白鑄鐵。 白鑄鐵具有硬而脆的性質(zhì)，這對(duì)于一些應(yīng)用來說是不令人滿意的。
[0005] 如果碳以石墨的形式存在，獲得的鑄鐵稱為灰鑄鐵。灰鑄鐵較軟且可以被加工。
[0006] 為了獲得具有良好機(jī)械性能的鑄鐵部件，因此有必要獲得鑄鐵的結(jié)構(gòu)，該鑄鐵結(jié) 構(gòu)包含最大數(shù)量以石墨形式的碳，且盡可能限制這些使合金變硬且變脆的碳化鐵的形成。
[0007] 然而在沒有任何特定的孕育處理中，碳容易與鐵組合從而形成碳化鐵。因此，有必 要在液態(tài)中處理鑄鐵從而改變碳的相關(guān)參數(shù)且獲得期望的結(jié)構(gòu)。
[0008] 為此，液態(tài)鑄鐵經(jīng)過孕育處理，該孕育處理的目的是向鑄鐵中引入石墨化成分或 石墨化載體，通常稱為核心（germe)，其將鑄鐵在模具中冷卻時(shí)促進(jìn)石墨而非碳化鐵的出 現(xiàn)。
[0009] 通常，孕育劑的成分因此由在鑄鐵固化期間促進(jìn)石墨的形成和碳化鐵的分解的元 素構(gòu)成。實(shí)施例可以包括碳、硅、鈣、鋁……
[0010]當(dāng)然，可以設(shè)計(jì)孕育劑從而滿足其他功能且為此包含具有特殊作用的其它成分。 鑄鐵也可以經(jīng)過之前或隨后的額外的處理。
[0011] 因此，根據(jù)所需性能，尤其期望形成的石墨是球狀的、蠕蟲狀的或薄片狀的。
[0012] 或者石墨形狀可以優(yōu)選通過特定成分的方式通過對(duì)鑄鐵的特殊處理獲得。
[0013] 因此，例如通過稱為球化處理的處理可以促進(jìn)球狀石墨的形成，球化處理主要目 的是為鑄鐵提供足量的鎂，從而石墨能夠生長(zhǎng)，以形成圓形顆粒（球狀體或礦瘤）。
[0014] 這些球化劑成分通常在特定處理期間在鑄鐵的孕育劑處理之前以特定合金（球 化劑合金）的形式加入。
[0015] 因此，球化劑合金能夠從根本上影響石墨球體的形狀，其中孕育劑產(chǎn)品的目的是 增加這些球體的數(shù)量和使石墨結(jié)構(gòu)均勻化。
[0016] 還可以提及添加脫硫產(chǎn)品或能夠根據(jù)液態(tài)鑄鐵浴的初始組成特定處理鑄鐵的一 些缺陷的產(chǎn)品，這些缺陷例如是可能在冷卻期間出現(xiàn)的微小縮孔或穿孔。
[0017] 這些處理可以在制造鑄鐵期間在不同的時(shí)刻實(shí)施一次或多次。
[0018] 大部分孕育劑通常由硅鐵合金例如FeSi45, ?以165或FeSi 75制造，同時(shí)根據(jù)目標(biāo)的 孕育劑組合物調(diào)整化學(xué)成分。所述孕育劑也可由幾種合金的混合物組成。
[0019] 應(yīng)該注意的是，鑄鐵部件的孕育效率也取決于其厚度（或取決于固化速率）。
[0020] 在厚度小的區(qū)域中，冷卻更快，將要注意更大的形成碳化物的風(fēng)險(xiǎn)。
[0021] 相反地，在厚度較大的區(qū)域中，冷卻將變慢（2-4小時(shí)）且將促進(jìn)石墨的形成。
[0022] 因此，具有不同厚度區(qū)域的部件從一個(gè)區(qū)域至另一個(gè)區(qū)域會(huì)具有不同的物理化學(xué) 結(jié)構(gòu)，這是不期望的。
[0023] 此外，在厚度較大的區(qū)域控制晶核化依然困難，且會(huì)導(dǎo)致獲得不一致的結(jié)構(gòu)。
[0024] 對(duì)于具有較大厚度的部件，當(dāng)不控制孕育方法時(shí)，退化的石墨和/或《粗短的》石 墨的形成可能降低鑄鐵的機(jī)械性能。為了解決這些缺陷，冶金廠通常在液態(tài)金屬中添加純 銻。
[0025] 在液態(tài)金屬中添加純銻，因?yàn)橐氲谋嚷史浅５停繃嵰簯B(tài)鑄鐵中10_30g數(shù)量 級(jí)），產(chǎn)生了精確度問題。純銻的添加效率在50-80%之間，且有效引入量因此難以控制。
[0026] 如果量不夠，在結(jié)構(gòu)中可以形成退化的石墨。
[0027] 相反地，如果引入量大于目標(biāo)，銻將易于顯著增加珍珠巖的比例，珍珠巖的相在鐵 素體的結(jié)構(gòu)中是不期望的。
[0028] 在添加純銻的情況下，冶金廠應(yīng)該進(jìn)一步添加稀土元素（簡(jiǎn)稱RE)從而獲得石墨 形狀的最大改善。類似地，如果稀土元素的量不足，該部件將具有《尖狀》類型石墨缺陷。相 反地，如果稀土元素量過高，石墨缺陷將會(huì)為《短粗》型，該類型基本出現(xiàn)在使用的原材料相 對(duì)純時(shí)。
[0029] 這些《尖狀》或《短粗》型石墨缺陷惡化鑄鐵的機(jī)械性能，尤其是形成的部件的拉 伸強(qiáng)度和抗沖擊性。
[0030] 此外，在液態(tài)鑄鐵中引入純銻導(dǎo)致其汽化，且因此導(dǎo)致強(qiáng)烈的放氣。已經(jīng)測(cè)量過， 隨著純銻的添加，在工作環(huán)境中銻的釋放的臨界值高于0. 5mg/m3,這是釋放極限值（該極限 值ELV按規(guī)定設(shè)定）。因此，操作者必須戴著用于防護(hù)N95型微粒或更高微粒的口罩工作。
[0031] 已經(jīng)考慮將具有較小厚度的部件的處理用于開發(fā)特定的孕育劑。文獻(xiàn) FR2511044A1，F(xiàn)R2855186A1和EP0816522A1描述了這樣的孕育劑用于薄的部件。
[0032] 根據(jù)這些文獻(xiàn)，用于薄的部件的那些孕育劑尤其包括硅鐵基孕育合金，且包括以 重量計(jì)在0. 005-0. 3%之間的稀土元素，尤其是鑭，以及以重量計(jì)在0. 005-0. 3%之間的 鉍、鉛或銻，具有的稀土元素八鉍+鉛+銻）的比在0. 9-2. 2之間；鉍是特別優(yōu)選的，這些 文獻(xiàn)的說明書中保護(hù)且僅保護(hù)鉍。
[0033] 應(yīng)該注意的是這些文獻(xiàn)僅以通用的方式公開了銻的用途，且它們沒有包含具體的 實(shí)施例，也不包含關(guān)于此元素的特殊值。
[0034] 在其他提及了銻的用途的文獻(xiàn)中，可以列舉下述文獻(xiàn)。
[0035] 文獻(xiàn)W02006/068487A1描述了一種孕育劑，其包括相改性成分（孕育劑的功能） 以及用于改性石墨結(jié)構(gòu)的試劑，該試劑可以由銻構(gòu)成。應(yīng)該注意的是，該結(jié)構(gòu)改性試劑用于 與孕育劑化合物（硅鐵）的混合物中，且不是以聯(lián)合的形式。此外，銻明顯的被當(dāng)作是珍珠 巖體促進(jìn)劑，如上文提及的，該相通常是不期望的。銻的使用量在3-15%之間，該使用量相 當(dāng)于可能在形成的珍珠巖體部分的起源處明顯的量。
[0036] 文獻(xiàn)JP2200718A描述了一種孕育劑，其由硅鐵、銻、硅化鈣和稀土元素的混合物 構(gòu)成。銻不以聯(lián)合的形式使用。
[0037] 文獻(xiàn)JP57067146A描述了硅鐵基合金，其包括銻以重量計(jì)在5-50%之間和高達(dá) 10%的稀土元素。除了高比例的銻，該合金用作珍珠巖體抑制劑，且不用作孕育劑。
[0038] 還有一些文章和文獻(xiàn)涉及銻的球化劑功能（石墨形式），其不是主要目的且沒有 解決孕育問題（礦瘤的數(shù)量和質(zhì)量）。此外，其通常包括銻以混合的且非聯(lián)合的形式的用 途。
[0039] 因此，需要一種能夠改善厚的部